Upload
clayland-matteo
View
55
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
2.2. 模拟控制器. 控制器的功能. 基本构成环节的特性. DDZ―Ⅲ 型电动调节器. 微分先行 PID 运算电路分析. 2.2.1. 控制器的功能. 控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行 PID 运算,并输出控制信号至执行器. (1) 偏差显示. (2) 输出显示. (3) 提供内给定信号及内、外给定的选择. (4) 正、反作用的选择. (5) 手动操作与手动 / 自动双向切换. (6) 附加功能 : 抗积分饱和、输出限幅、输入报警、 偏差报警、软手动、抗漂移、停电对策和零启动等. 2.2.2. 基本构成环节的特性. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
2.2. 模拟控制器 控制器的功能
基本构成环节的特性
DDZ—Ⅲ 型电动调节器
微分先行 PID 运算电路分析
2
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
2.2.1. 控制器的功能 控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行 PID 运算,并输出控制信号至执行器
(1) 偏 差 显示(2) 输 出 显示(3) 提供内给定信号及内、外给定的选择(4) 正、反作用的选择 (5) 手动操作与手动 / 自动双向切换
(6) 附加功能:抗积分饱和、输出限幅、输入报警、 偏差报警、软手动、抗漂移、停电对策和零启动等.
3
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
2.2.2. 基本构成环节的特性
电阻 R 气阻 R (a) 固定电阻 (a) 固定气阻
(b) 可调电阻 (b) 可调气阻 关系式 R=U/I 关系式 R= P/M △ 传递函数 U(s)/I(s)=R 传递函数 R= P(s)/M(s) △
模拟控制器都是由各种放大器和由电 ( 气 ) 阻、电 ( 气 ) 容构成的基本环节组合而成.
4
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
基本元件 电容 C 气容 C
(a) 固定电容 (b) 可变电容 a) 固定气容 (b) 可变气容 关系式: 关系式: 传递函数: 传递函数: 式中: q—— 电容中的电荷量; 式中: m—— 气容中的气体质量 iC—— 流过电容的电流; M—— 气体的质量流量; UC—— 电容两端的电压。 PC—— 气容中的压力。
dt
dUCi
dtiUU
qC
CC
CCC
1
dt
dPCM
MdtPP
mC
C
CC
1
CssM
sP 1
)(
)(CssI
sU 1
)(
)(
5
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
比例环节分压电路
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应关系式:
传递函数:
节流通室(分压气路)
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应 关系式(稳态时):
若 P3=0 (通大气)
传递函数:
PKR
R
U
U
1
2
1
2
PKR
R
sU
sU
1
2
1
2
)(
)(
321
21
21
22 P
RR
RP
RR
RP
PKRR
R
P
P
21
2
1
2
PKsP
sP
)(
)(
1
2
6
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
积分环节积分电路
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应 微分方程:
传递函数
式中 T—— 时间常数, T=RC
节流盲室(积分气路)
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应 微分方程:
传递函数:
式中 T—— 时间常数 ,T=RC
122 UU
dt
dUT
1
1
)(
)(
1
2
TssU
sU
122 PP
dt
dPT
1
1
)(
)(
1
2
TssP
sP
7
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
微分环节微分电路
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应 微分方程:
传递函数:
式中 T—— 时间常数, T=RC
微分气路
(a) 结构原理图 (b) 阶跃响应微分方程:
传递函数:
式中 T—— 时间常数, T=RC
dt
dUTU
dt
dUT 1
22
1)(
)(
1
2
Ts
Ts
sU
sU
dt
dPTP
dt
dPT 1
22
1)(
)(
1
2
Ts
Ts
sP
sP
8
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
2.2.3.DDZ―Ⅲ 型电动调节器 DDZ―Ⅲ型调节器有两种:全刻度指示调节器和
偏差指示调节器,它们的结构和线路相同,仅指示电路有些差异。这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的对偏差进行 PID 运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动 / 自动双向切换和阀位显示等功能。
在基型调节器的基础上,可附加某些单元,如输入报警、偏差报警、输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器,如抗积分饱和调节器、前馈调节器、输出跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计算机联用的调节器,如 SPC 系统用调节器和 DDC 备用调节器。
9
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
基型调节器的构成
基型调节器线路原理图
10
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
基型调节器的构成方框图
输入电路 PD电路 PI电路 输出电
路
硬手操电路
软手操电路
11
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
基型调节器的电路分析-输入电路 输入电路是偏差差动电平移动电路,它的作用 :一是偏
差检测与放大;二是电平移动 。
输入电路原理图
① 是为了消除集中供电引入的误差。② 是为了保证运算放大器的正常工作
输入电路原理图采用这种电路形式有如下两个目的 :
12
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
共模输入电压 UC
利用迭加定理和差动输入运算放大器电路
输出与输入的关系式,
对于测量信号 Ui ,则有
对于给定信号 Us ,则有上述关系式表明:
a) 输出信号 Uo1 仅与测量信号 Ui 和给定信号 Us 差值成正比,比例系数为 -2 ,而与导线电阻上的压降 Ucm1
和 Ucm2 无关。
b) 把以零伏为基准的、变化范围为 1 ~ 5V 的输入信号,转换成以 UB (10V) 为基准的、变化范围为 0 ~ ±8V
的偏差输出信号 V01 。
)(3
121 BCMCMSTC UUUUUU
iUU 201'
sUU 201"
)(201"
01'
01 si UUUUU
13
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
(2) 比例微分电路 比例微分电路的作用是对输入电路的输出信号 V01 进行
比例微分运算,整机的比例度和微分时间通过本电路进行调整。
无源比例微分电路的传递函数为:
)(1
)( 011211
1101
1211
12 SURR
R
SCR
RSU
RR
R
DD
D
1
1
)(
)()( 12
1211
1211
12
01
SCR
SCRR
RR
RR
R
SU
SUSG
DD
DDT
D
1
11
SKT
ST
n
D
D
D
RDRsT UUU 12)(
14
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
同相端输入运放电路的传递函数为:
比例微分电路的传递函数为:
2
02
)(
)()(
P
POP
TP R
RR
SU
SUSG
1
1
)(
)(
)(
)(
)(
)()(
01
02
01
02
SKT
ST
nSU
SU
SU
SU
SU
SUSG
D
D
DT
TP
12
1211
R
RRnKD
DDD CnRT
1
11)(
SKT
ST
nSG
D
D
DD
15
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
在阶跃输入信号下,比例微分电路输出的时间函数表达式为:
0102 ])1(1[)( UeKK
tUt
T
K
DD
D
D
比例微分电路
1
1)(
SKT
ST
nSG
D
D
DP
16
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
PD 电路的定性分析
在 t=0+ ,由于电容 CD 上的电压不能突变 ,所以 UT(0+)=U01 t > 0 , CD 两端的电压按指数规律不断上升故 UT 按指数规律不断下
降 当充电过程结束时, UCD= UR11 UT(∞)=U01/n 由于 U02= αUT ,因此 U02 的变化规律与 UT 相同, 而且有
0102 )0()0( UUU T 0102 )()( Un
UU T
17
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
比例积分电路 比例积分电路的主要作用是对来自比例微分
电路的电压信号 U02 进行比例积分运算
其传递函数为:
)
11()(
STC
CSW
IM
IPI TI = RI CI
18
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
比例积分电路实际的输出输入关系
303
03
14
14
02
14
)]()([)(
0)(
)(1
)//(1
)//(1
)(1
)//(1
1
)(
KSUSUSU
SU
SU
SCRR
SC
RRSC
SU
SCRR
SC
SCSU
FT
T
MI
I
II
MI
I
MF
STK
ST
C
CSW
II
I
M
IPI
11
11
)(
联立求解以上三式,化简后可求得
KI=K3CM / CI
19
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
比例积分电路
比例积分电路的调节器的调节系统仍然存在静差。
在阶跃输入信号作用下, PI电路输出的时间函数表达式为
02
1
03 ])1([)( UeKKC
CtU
tTK
IIM
I II
20
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
积分时间 TI 的倍率开关 K3 置于“×10”档时, R15 上的电压经电阻 RI 向电容 CM 充电。因为 UR15=1/m U0 m=(R14+ R15)/ R15≈10 积分时间是刻度值的 10倍。
积分时间 TI 的倍率开关
21
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
(4) 整机传递函数
SK
T
STK
STSTT
T
KSW
D
D
II
DII
D
P
11
11
)(
F
KKFKK
F
TTFTTFKK D
DIII
DDIIPP '''''
SK
T
STK
STST
KSW
D
D
II
DI
P
11
11
)(
TD F=1+ ——
Ti
22
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
干扰系数 F 反映调节器参数 ( 主要是 KP 、 TI 、 TD) 互相影响的一个参数。
调节器的 PID 运算电路是由 PD 电路和 PI 电路串联构成。 a) KP、 TI、 TD三个参数相互干扰的结果,使实际比例增益增大(即实际比例度减小),实际积分时间增长、实际微分时间缩短。
b) 相互干扰系数 F是一个大于 1 的数,其大小与积分时间和微分时间的大小有关。
相互干扰系数 F的表达式取决于调节器的结构。
TD F=1+ ——
Ti
F
KKFKK
F
TTFTTFKK D
DIII
DDIIPP '''''
23
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
PID 电路阶跃输入信号的表达式)]()1()1)(1(1[)(
1
03 Si
tT
K
D
tTK
IP UUeKeKKtU D
D
II
24
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
输出电路• 输出电路 • 输出电路的作用是将比例积分电
路输出的以 UB 为基准的 1~5VDC 电压信号 U03转换为流过负载 RL (一端接地)的 4~20mADC 输出电流 I0
25
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
输出电路
I0= I0' -If
26
— 控制仪表和计算机控制装置—武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院
上页 下页目 录上页 下页目 录
武汉工程大学电气信息学院测控教研室 — 过程控制仪表及装置—
输出电路
0324
2304 U
RR
RU
23
04
040 '
R
UI
R
UI
f
H
I0= I0' -If
250)( 0423
24
040
V
R
RR
RR
VI
H
H